一种六旋翼无人机动力缺失保护系统、保护方法技术方案

本发明专利技术公开了一种六旋翼无人机动力缺失保护系统、保护方法；属于无人驾驶飞机这一技术领域，其设计要点在于，将无人机提供的动力，分为保证高度、横滚、俯仰、方位的动作，动作按优先级划分：1)将姿态中，横滚、俯仰的优先级保证最高；2)航向、高度优先级次之，并设置航向允许的最小值；3)将该原则分配的每个电机量，在油门的约束下给定到每个电机。本发明专利技术旨在提供一种六旋翼无人机动力缺失保护系统、保护方法，能够有效的防止无人机发生“炸机”。。。

【技术实现步骤摘要】
一种六旋翼无人机动力缺失保护系统、保护方法


[0001]本专利技术涉及无人驾驶飞机领域，更具体地说，尤其涉及一种六旋翼无人机动力缺失保护系统、保护方法。

技术介绍

[0002]现阶段，无人机(旋翼机)的应用环境越来越复杂，例如：电力巡检、森林防火、海洋环境检测、消防、喷洒农药等。
[0003]在上述应用场景中，超视距作业是无人机运行的常态，而在超视距作业时，系统的安全性至关重要；特别的，若相关保护机制不够健全，可能会带来非常大的危害。
[0004]对于多旋翼无人机而言，其是依靠多个旋翼来完成飞行任务，桨叶的破损、电机的失控、电路的损害、或机臂的断裂等，都有可能造成一个旋翼方向的动力缺失；从而使飞机丧失平衡性而失控，甚至发生坠机危害。虽然四旋翼，在缺失一个机臂动力的时候，无法完成飞机姿态的平稳；但是对于六旋翼、八旋翼、四轴八桨、甚至更多旋翼的机型，当缺失一个动力或多个动力时候，系统的结构上仍是一个可控模型。
[0005]针对上述问题，现有技术进行如下研究：
[0006]方式一：CN108341072A公开了一种无人机动力系统故障检测的方法、装置及无人机，其技术方案是：将动力缺失异常的情况当作外部扰动处理，得到扰动的大小和方向，从而定位故障电机，让飞控系统及时改变控制分配矩阵，让余下的动力系统能够保持无人机机体稳定飞行，大大降低了多旋翼无人机因动力故障造成的坠机概率。
[0007]方式二：CN106628194A公开了一种无人机的降落伞系统、安全保护方法及装置，其技术方案是：传感器用于检测无人机的飞行状态，控制器用于从传感器获取无人机的飞行状态，当无人机处于失稳状态时控制开启降落伞。该方案的缺点在于：
①
这种方案是被动的挽救方法；
②
降落伞只有在飞行高度大于100m时候才能起到很好保护作用；
③
当环境中有风的时候，无人机的坠落不可控，甚至起不到保护作用。
[0008]方式三：CN108646779A公开了一种无人机的保护方法，针对无人机飞行时飞行姿态和高度控制误差超过设定阈值的情况提出的保护方法，该方法能自动检测当前飞行姿态和高度控制误差，并与预先设定好的安全阈值进行比较，根据比较结果对超出阈值的情况进行报警或控制自动回收；该保护措施具备响应速度快，准确度高的特点，能够有效提高靶机在姿态和高度差超限情况下的安全性和生存能力。
[0009]方式四：动力冗余方案：在一个机臂方向设计冗余动力结构，当其中一个损失动力后，另一个也可弥补该方向的动力；存在缺点：
①
增加了无人机的重量及空间；
②
增加了系统的成本；
③
降低了桨叶升力效率，使系统作业时间降低。
[0010]而如何解决上述问题，仍然值得深入研究。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种六旋翼无人机动力缺失保
护系统、保护方法。
[0012]一种六旋翼无人机动力缺失保护系统,所述的六旋翼无人机包括：6个浆叶，按照逆时针编号为：0、1、2、3、4、5号浆叶；0号浆叶与1号浆叶关于X轴对称，2号浆叶与5号浆叶关于X轴对称，3号浆叶与4号浆叶关于X轴对称；1号浆叶与3号浆叶关于Y轴对称，0号浆叶与4号浆叶关于Y轴对称；其中，0、1号桨叶提供正的俯仰力矩，3、4号桨叶提供负的俯仰力矩；1、2、3号桨叶提供正的横滚力矩，0、4、5号桨叶提供负的横滚力矩；无人机通过桨叶的反扭矩提供航向的力矩，0、2、4号桨叶提供顺时针的航向力矩，而1、3、5号桨叶提供逆时针的航向力矩；
[0013]六旋翼无人机动力缺失保护系统与飞控系统双向连接；
[0014]六旋翼无人机动力缺失保护系统的输出端与电调的输入端连接；
[0015]其包括：数据输入模块、数据查询模块、存储模块，分析模块；
[0016]数据输入模块，用于输入六旋翼无人机的六个浆叶的最大油门值thr_max_i和最小油门值thr_min_i，thr_min_i表示第i号浆叶电机的最大油门值；thr_max_i表示第i号浆叶电机的最小油门值，其中，i＝0～5；
[0017]数据查询模块，用于从飞控系统中查询Pitch_thr(飞控系统计算出来用于保持无人机俯仰动作的油门量)，Roll_thr(飞控系统计算出来用于保持无人机横滚动作的油门量)、alt_thr(表示是飞控系统计算得到保证飞机做高度方向动作的油门)、yaw_thr(航向油门)
[0018]分析模块，用于计算best_thr_i，thr_i、motor_thr_max、motor_thr_min、thr_max、thr_min、thr_adj_max、thr_adj_min、alt_adj、yaw_allowed、thr_motor_i，last_thr_max，last_thr_min；
[0019]所述存储模块用于存储数据输入模块、数据查询模块、分析模块的数据；
[0020]六旋翼无人机动力缺失保护系统将thr_motor_i传递给各个电调，以控制各个浆叶电机。
[0021]一种六旋翼无人机动力缺失保护方法，包括以下步骤：
[0022]S1：设置飞机的最佳油门为每个电机的中间油门：
[0023]best_thr_i＝(thr_min_i+thr_max_i)/2
[0024]thr_min_i表示第i号浆叶电机的最大油门值；
[0025]thr_max_i表示第i号浆叶电机的最小油门值；
[0026]best_thr_i表示第i号浆叶电机的最佳油门值；
[0027]其中，i＝0、1、2、3、4、5；
[0028]S2：
[0029]按照上述分配原则，分别把横滚油门、俯仰油门分配到每一个电机:
[0030]thr_0＝best_thr_0+picth_thr
×
cos(-30
°
)+roll_thr
×
sin(-30
°
)
[0031]thr_1＝best_thr_1+pitch_thr
×
cos30
°
+roll_thr
×
sin30
°
[0032]thr_2＝best_thr_2+pitch_thr
×
cos90
°
+roll_thr
×
sin90
°
[0033]thr_3＝best_thr_3+pitch_thr
×
cos150
°
+roll_thr
×
sin150
°
[0034]thr_4＝best_thr_4+pitch_thr
×
cos(-150
°
)+roll_thr
×
sin(-15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六旋翼无人机动力缺失保护系统,所述的六旋翼无人机包括：6个浆叶，按照逆时针编号为：0、1、2、3、4、5号浆叶；0号浆叶与1号浆叶关于X轴对称，2号浆叶与5号浆叶关于X轴对称，3号浆叶与4号浆叶关于X轴对称；1号浆叶与3号浆叶关于Y轴对称，0号浆叶与4号浆叶关于Y轴对称；其中，0、1号桨叶提供正的俯仰力矩，3、4号桨叶提供负的俯仰力矩；1、2、3号桨叶提供正的横滚力矩，0、4、5号桨叶提供负的横滚力矩；无人机通过桨叶的反扭矩提供航向的力矩，0、2、4号桨叶提供顺时针的航向力矩，而1、3、5号桨叶提供逆时针的航向力矩；其特征在于，其包括：数据输入模块、数据查询模块、存储模块，分析模块；数据输入模块，用于输入六旋翼无人机的六个浆叶的各自的最大油门值thr_max_i和最小油门值thr_min_i，thr_min_i表示第i号浆叶电机的最大油门值；thr_max_i表示第i号浆叶电机的最小油门值，其中，i＝0～5；数据查询模块，用于从飞控系统中查询飞控系统计算出来用于保持无人机俯仰动作的油门量Pitch_thr，飞控系统计算出来用于保持无人机横滚动作的油门量Roll_thr、飞控系统计算得到保证飞机做高度方向动作的油门alt_thr、控系统计算得到的航向油门yaw_thr；分析模块，用于计算参数：best_thr_i，thr_i、motor_thr_max、motor_thr_min、thr_max、thr_min、thr_adj_max、thr_adj_min、alt_adj、yaw_allowed、thr_motor_i，last_thr_max，last_thr_min；所述存储模块用于存储数据输入模块、数据查询模块、分析模块的数据。2.根据权利要求1所述的一种六旋翼无人机动力缺失保护系统,其特征在于，所述的六旋翼无人机动力缺失保护系统与飞控系统双向连接；六旋翼无人机动力缺失保护系统的输出端与电调的输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种六旋翼无人机动力缺失保护系统,其特征在于，六旋翼无人机动力缺失保护系统将thr_motor_i传递给各个电调，以控制各个浆叶电机。4.一种六旋翼无人机动力缺失保护方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：设置飞机的最佳油门为每个电机的中间油门：best_thr_i＝(thr_min_i+thr_max_i)/2thr_min_i表示第i号浆叶电机的最大油门值；thr_max_i表示第i号浆叶电机的最小油门值；best_thr_i表示第i号浆叶电机的最佳油门值；其中，i＝0、1、2、3、4、5；S2：按照上述分配原则，分别把横滚油门、俯仰油门分配到每一个电机:thr_0＝best_thr_0+picth_thr
×
cos(-30
°
)+roll_thr
×
sin(-30
°
)thr_1＝best_thr_1+pitch_thr
×
cos30
°
+roll_thr
×
sin30
°
thr_2＝best_thr_2+pitch_thr
×
cos90
°
+roll_thr
×
sin90
°
thr_3＝best_thr_3+pitch_thr
×
cos150
°
+roll_thr
×
sin150
°
thr_4＝best_thr_4+pitch_thr
×
cos(-150
°
)+roll_thr
×
sin(-150
°
)thr_5＝best_thr_5+pitch_thr
×
cos(-90
°
)+roll_thr
×
sin(-90
°
)
thr_0表示：第0号浆叶电机的油门输出值；thr_1表示：第1号浆叶电机的油门输出值；thr_2表示：第2号浆叶电机的油门输出值；thr_3表示：第3号浆叶电机的油门输出值；thr_4表示：第4号浆叶电机的油门输出值；thr_5表示：第5号浆叶电机的油门输出值；其中，Pitch_thr表示：飞控系统计算出来用于保持无人机俯仰动作的油门量；Roll_thr...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，谢雨，赵坤，刘苏，刘帅，
申请(专利权)人：三生万物北京人工智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：